一种耐高温油田固井降失水剂及其制备方法与流程

本发明属于油气井固井外加剂，具体涉及一种耐高温油田固井降失水剂及其制备方法。

背景技术：

1、随着我国经济的快速发展，对石油和天然气资源的需求越来越多，大量的能源需求迫切需要开发深部地层的石油资源。固井作业是油气勘探中的重要环节，随着不断深入勘探开采油气田的进程，勘探开发面临全新的挑战和困难。在固井作业时，极易发生失水现象，进而产生严重问题，如水泥浆密度上升，注水泥阶段水泥浆流变性能变差；顶替压力突破薄弱地层而发生的井漏现象；环空发生桥堵，油气层互窜等问题。

2、目前，我国油气勘探开发逐渐向深层与超深地层方向迈进，超高温、高压等苛刻地层条件对固井水泥浆的降失水性能与沉降稳定性提出严峻挑战。在超高温环境下，固井水泥浆体系具有严重的稀释降黏效应，析出游离液的同时会产生大量水泥颗粒沉降。

3、中国专利cn 113651931a涉及一种超高温改性聚合物类固井降失水剂及其制备方法与应用，此发明的超高温改性聚合物类固井降失水剂的原料包括氧化石墨烯、引发剂、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、不饱和酰胺、不饱和羧酸、水。此发明所提供的降失水剂具有性能稳定、耐温能力强、抗盐、降失水性能优异、适应性强以及显著改善水泥石力学性能等优点。然而，其所得的降失水剂吸附性较弱，且未公开介绍对水泥石力学性能的影响。

4、中国专利cn 106977651b涉及一种聚合物/插层蒙脱石复合降失水剂及其制备方法，所述降失水剂具有聚合物负载在蒙脱石的插层中的复合结构，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、n,n-二甲基丙烯酰胺和马来酸酐在插层剂、水、ph调节剂、消泡剂、分子量调节剂、抗金属离子干扰剂和引发剂的存在下聚合形成聚合物并负载在蒙脱石的插层中，此申请的降失水剂具有较强的抗钙镁离子污染能力和降失水性能，特别适合于海洋钻井固井。然而，该专利未涉及80℃以上的高温水泥浆的综合性能研究，其耐温性的程度有待考究。

5、因此，亟需一种油田固井降失水剂，具备耐高温、沉降稳定性好的特性，以此来解决要求较高的油田环境中固井作业存在的失水性问题。

技术实现思路

1、针对现有的技术问题，本发明的目的在于提供了一种耐高温油田固井降失水剂及其制备方法，本发明的降失水剂具有优异的耐高温性、良好的沉降稳定性，能够改善水泥的力学性能，提高其抗压强度，具有较好的应用价值。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、本发明一方面提供了一种耐高温油田固井降失水剂，包含以下原料：2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、β-(丙烯酰氧)丙酸、衣康酸酐、不饱和离子型化合物、不饱和抗高温单体、引发剂、链转移剂、复合无机物和去离子水。

4、本发明的反应机理和作用如下：

5、1.本发明的降失水剂通过引入不饱和离子型化合物和不饱和抗高温单体强化了共聚物的分子结构，进而使用复合无机物强化降失水剂的性能。采用聚合活性高的不饱和抗高温单体取代传统的酰胺类单体，引入不饱和离子型化合物提高聚合物的吸附性，与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸具有协同作用，保证聚合物在高温下的稳定性，同时依据“双羧酸协同增效”思想，引入β-(丙烯酰氧)丙酸和衣康酸酐，提高聚合物在水泥颗粒表面的吸附效率和对材料的适应能力，实现吸附降失水的同时不影响水泥石的力学强度；此外，将链转移剂加入至聚合物中，可重整聚合物分子结构，控制聚合物的分子量，使得降失水剂具有低温不增稠、高温弱分散的优异性能。

6、2.本发明的复合无机物由改性氧化石墨烯和凹凸棒土混合组成。申请人通过调控两者之间的比例，协同提高降失水剂的耐高温性与沉降稳定性。

7、一方面，甲基丙二酸上羧基与2-氨基芴的氨基发生酯化反应，进而利用羧基与羟基脱水结合，通过甲基丙二酸另一侧的羧基将酯化反应产物接枝至氧化石墨烯表面，使得改性氧化石墨烯含芴环结构，芴环结构使聚合物链段的热运动和内旋受到抑制，因此赋予聚合物更高的刚性，热分解活化能进一步提高，具有良好的耐高温性。引入改性氧化石墨烯到聚合物分子结构中，不仅能明显减少2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸类聚合物对水泥水化过程的影响，还可以通过调控孔隙结构和界面结合等方式来改善水泥基材料的力学强度和耐久性；同时，改性氧化石墨烯可以提高聚合物降失水剂的耐温能力及其在高温、超高温条件下控制失水的能力。

8、另一方面，有机共聚物在凹凸棒土的链层状结构间进行聚合，使凹凸棒土中的金属离子与聚合物发生静电吸附或络合作用，改变有机聚合物的分子链构象，使其随凹凸棒土在水泥浆中更好地悬浮并分散，赋予降失水剂良好的沉降稳定性；同时，金属阳离子可能与聚合物中的羧基发生螯合反应，提高聚合物的高温适应性。

9、在一些实施方式中，所述不饱和离子型化合物为不饱和阳离子型化合物，所述不饱和阳离子型化合物为2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱。

10、在一些实施方式中，所述不饱和抗高温单体为n-乙烯基吡咯烷酮、对苯乙烯磺酸钠和4-丙烯酰吗啉中的任意一种或多种。

11、在一些实施方式中，所述2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、β-(丙烯酰氧)丙酸、衣康酸酐、不饱和离子型化合物和不饱和抗高温单体的质量比为(25-40)：(2-8)：(3-8)：(5-15)：(2-6)。

12、在一些实施方式中，所述复合无机物为改性氧化石墨烯和凹凸棒土，其用量为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、β-(丙烯酰氧)丙酸、衣康酸酐、不饱和离子型化合物和不饱和抗高温单体总质量的0.2-0.5％。

13、优选地，所述改性氧化石墨烯和凹凸棒土的质量比为(1-2.5)：1。

14、进一步优选地，所述改性氧化石墨烯和凹凸棒土的质量比为2：1。

15、在一些实施方式中，所述氧化石墨烯的制备方法，包含如下步骤：

16、(1)将甲基丙二酸、去离子水加入至容器中，搅拌，得到混合溶液1，将2-氨基芴、乙醇加入至容器中，搅拌，得到混合溶液2；

17、(2)将步骤(1)得到的混合溶液1与混合溶液2加入至反应釜中，再加入碳二亚胺类缩合剂、活化剂，搅拌，反应5-6h，得到反应产物；

18、(3)将氧化石墨烯、n,n-二甲基乙酰胺加入至反应釜中，搅拌，再加入浓硫酸，80-100℃下反应5-6h，加入步骤(2)得到的反应产物，加热升温至110-120℃，反应3-4h，冷却、离心，用乙醇和水依次洗涤3-4次，干燥10-12h后得到改性氧化石墨烯。

19、在一些实施方式中，步骤(1)中所述甲基丙二酸与2-氨基芴的摩尔比为1：(1.05-1.8)。

20、在一些实施方式中，所述链转移剂为次磷酸、正丁硫醇、正十二硫醇、3-巯基丙酸和2-巯基乙醇中的任意一种或多种，其用量为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、β-(丙烯酰氧)丙酸、衣康酸酐、不饱和离子型化合物和不饱和抗高温单体总质量的0.05-0.8％。

21、在一些实施方式中，所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾和偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐中的任意一种或多种，其用量为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、β-(丙烯酰氧)丙酸、衣康酸酐、不饱和离子型化合物和不饱和抗高温单体总质量的0.4-0.8％。

22、本发明另一方面提供了耐高温油田固井降失水剂的制备方法，包含如下步骤：

23、s1.将复合无机物置于部分去离子水中，超声30-60min，得到分散液；

24、s2.将2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、β-(丙烯酰氧)丙酸、衣康酸酐、剩余去离子水中加入至反应釜中，搅拌30-45min，调节ph为5-6，再加入不饱和离子型化合物、不饱和抗高温单体，搅拌50-70min，加热至55-60℃，再加入链转移剂和引发剂并搅拌20-30min，升温至75-85℃后反应2-3h，得到聚合物溶液；

25、s3.向步骤s2得到的聚合物溶液中加入步骤s1得到的分散液，加热至75-85℃后反应40-50min，冷却至室温，得到降失水剂。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

27、1.本发明的降失水剂具有优异的耐高温性、良好的沉降稳定性，能够改善水泥的力学性能，提高其抗压强度。

28、2.本发明通过双羧酸协同增效、耐高温基团有效引入、不饱和离子型化合物介入，并用链转移剂优化分子量来提聚合产物的整体性能。

29、3.本发明复合无机物由改性氧化石墨烯和凹凸棒土混合组成。申请人通过调控两者之间的比例，协同提高降失水剂的耐高温性与沉降稳定性，减少井筒塌陷、溃流等问题，从而提高油田的生产效率和安全性。